Az atomerőművek kihasználják a hasadékok által kibocsátott energiát, és felhasználják a villamos energiát termelő generátorok vezetésére. Bár az atomenergia csak az Egyesült Államokban termelt villamos energia mintegy 20 százalékát teszi ki, a nemzet nukleáris kapacitása a legmagasabb bármely más ország - 101 gigawatt 2010-ben.
A nukleáris energia közös összetevői
A nukleáris reaktorokban ezek a komponensek közösek:
Üzemanyag - A nukleáris reaktorok leggyakoribb üzemanyaga az urán, a radioaktív nehézfémérc. A dúsítási folyamat után az urán nagyon koncentrált üzemanyaggá válik.
A kereskedelmi atomreaktor több ezer font dúsított urán-üzemanyagot igényel a működéshez. A polgári atomerőművek az Egyesült Államokban évente körülbelül 50 millió font urán (U3O8 egyenértékű) tüzelőanyagot vásárolnak, amelynek többsége tengerentúlról származik.
Az uránt bányásznak világszerte, elsősorban Kazahsztánban, Kanadában, Ausztráliában és Afrikában. Az Egyesült Államok az urán 10 legjobb termelője közé tartozik.
Vezérlőszárak - A neutronelnyelő anyagból, mint pl. A kadmium, a hafnium vagy a bórból készült vezérlőpálcák be vannak illesztve vagy visszahúzva a magból a reakció sebességének szabályozására vagy szükség esetén megállítására.
Moderátor - Anyag a reaktor magjában, amely lassítja a hasadékokból felszabaduló neutronokat, így nagyobb hasadást okoznak.
A moderátor általában normális (könnyű) víz, de lehet nehéz víz (D20) vagy grafit.
Hűtőközeg - Folyadék vagy gáz, amely a magon keresztül kering, hogy átadja a hőt. A könnyű vízreaktorokban a vízszabályozó elsődleges hűtőfolyadékként is működik.
Elszigetelés - A nukleáris reaktorokat erősen megerősített betonszerkezetekbe ágyazják, hogy megakadályozzák a radioaktivitás elszökését a légkörbe.
Az atomenergia alapvető folyamata
Az atomfizika nagyon technikai jellegű, de a nukleáris energia előállításához szükséges alapvető folyamat a következő:
A reaktormag hőt és radioaktivitást termel a hasadásnak nevezett eljárásban, amelyet általában atom-hasításnak neveznek. A reaktor magjában az urán nukleáris üzemanyag. Mivel az urán atomjai megszakadnak, neutronokat szabadítanak fel. Amikor a neutronok más uránium atomokat ütköznek, ezek a magok is megoszlanak, és felszabadítják neutronjaikat, hogy más atomokat szenvedjenek, ami több hasadást okoz. Ez a folyamatos atom-felosztás láncreakció.
Az ellenőrzött hasadási reakciókból származó hőt víztartalmú gőz előállítására használják, akár közvetlenül a forróvíz-reaktor (BWR), akár közvetett módon, mint a gőzgenerátort tartalmazó nyomottvizes reaktorban (PWR).
A gőz meghajt egy turbinát, amely egy generátort irányít.
A generátor villamos energiát termel, amelyet elosztanak az elektromos hálózathoz.
Nukleáris reaktor típusok
Világszerte különféle atomreaktorokat használnak. A legelterjedtebb típusok közé tartoznak a sűrített víz reaktorok (PWR) és a forrásvíz reaktorok (BWR), amelyeket könnyű vízreaktorokként sorolnak be. Az Egyesült Államokban a PWR és a BWR a kereskedelmi forgalomban lévő atomerőműveknek csak két típusa.
- Forróvizes reaktor (BWR) - Az ilyen típusú reaktorokban a hasadási folyamat során a reaktor magjában víz forrni kezd. A forró vízből származó gőz egy olyan turbinát működtet, amely egy generátort vezet, hogy villamos energiát termeljen. Az északkeleti Japán Fukushima Naiishi erőművének reaktorait a 2011. márciusi földrengés és a szökőár károsította a BWR.
- Nyomásos víz reaktor (PWR) - Ez a típusú reaktor a legáltalánosabb energia előállításához. A vizet hűtőfolyadékként és moderátorként használja, amely segít a hasadási sebesség szabályozásában. A zárt primer hűtőfolyadék-rendszerben a mag által áthaladó magvú hőmennyiséggel hővel fűtött vizet nagy nyomás alatt tartják, és ezért nem forr. A gőz keletkezik egy másodlagos hűtőfolyadék-hurokban, és egy elektromos generátor hajtására szolgáló turbinát használ.
- CANDU és nehézvizes mérsékelt reaktorok - Ezek a minták a nehézvizet moderátorokká teszik. A nehéz víz - a két hidrogénatomot helyettesítő deutériummal - moderátor lassítja a hasadási folyamatban a neutronokat, és lehetővé teszi a természetes urán használatát, ahelyett, hogy a dúsított uránt üzemanyagként használná.
- Kavicságy moduláris reaktor - Magas hőmérsékletű reaktor, amely helium hűtőfolyadékot és a grafit és a szilícium-karbid gömbökbe ágyazott tüzelőanyagot biztosít a hasadási termék elszigetelésének és az olvadással szembeni ellenállás biztosítására.